With a changing climate and an increased competition over water resources for agricultural irrigation, the need to improve crop water productivity using time and cost-efficient methodologies have become critically important. The Malwathu Oya river basin in Sri Lanka is struggling with water scarcity, which threatens food security and the income of farmers. In this study, freely available remote sensed land- and water productivity data from FAO’s WaPOR database was evaluated. The evaluation consisted of a comparison of the WaPOR data and primary collected field data using the crop water model, AquaCrop, for three irrigation schemes in the Malwathu Oya river basin. Additionally, the spatio-temporal variability in crop water use within and across these three irrigation schemes was assessed using indicators derived from the WaPOR portal. The evaluation was conducted for the main cultivation season, called Maha, between 2010 and 2021.  The WaPOR and AquaCrop actual evapotranspiration (ETa) values were found to be in relatively good agreement (312–537 and 400–465 mm respectively). WaPOR yield values (2.5–2.9 ton/ha) were however lower compared to the AquaCrop simulated yield values and historical yield data (4.6–5.7 and 4.4–5.6 ton/ha respectively). Difference in calculation methodology, possible sources of error in WaPOR conversion calculations and limitations in accuracy caused by cloud coverage when collecting satellite data could be explanations for this. Prior knowledge and accurate allocation of the crop type and parameters used in conversion calculations in WaPOR is therefore of significant influence. From the spatio-temporal variation assessment with WaPOR indicators, a fair uniformity of the water distribution within the irrigation schemes was shown (CV 11–19 %). The beneficial water use (BWU) in the irrigation schemes showed lower values (50–90 % allocated to T) for years when the available water amount was higher, which could be explained by the higher rate of water lost through soil evaporation. Crop water productivity (CWP) values showed higher values (about 0.70 kgDM/m3) when the available water amount was higher, indicating that yield production is sensitive to water-scarce environments. Applying a yield boundary function, representing the best attainable yield in relation to water resource, showed that there is potential to achieve the same yield with less amount of water. There are thus possibilities for improved water productivity in the three irrigation schemes investigated. For future research it is recommended to perform a sensitivity analysis for WaPOR and ground truth with yield data to obtain a better understanding of potential limitations. To obtain more precise site descriptions it is also recommended to ground truth AquaCrop with yield and soil data.

Water is the source of all life, but unfortunately, the water quality is getting only worse due to many factors like overuse, contamination, indifference and even by nature itself. By identifying the problem, we are one step closer to solving the problem, and that is why an intelligent water quality device is required to examine water and detect impurities within it. In this project, we are developing a device that uses an entirely new method to measure water quality. Even though the theory behind the device is very advanced, the device is still primitive in its functions and needs development to increase the usefulness and accuracy of the measurements! / Vatten är grunden till allt liv, men tyvärr blir vattenkvaliteten bara sämre på grund av många faktorer som överanvändning, förorening, likgiltighet och till och med av naturen själv. Genom att identifiera problemet är vi ett steg närmare att lösa problemet, och detta är därför en intelligent vattenkvalitetsenhet behövs för att undersöka vattnet och hitta orenheter i det. I detta projekt utvecklar vi en apparat som använder en helt ny metod för att mäta vattenkvaliteten. Även om teorin bakom apparaten är väldigt avancerad så är apparaten fortfarande primitiv i sina funktioner och behöver utveckling för att öka användbarheten och noggrannheten i mätningarna!

Södra Gotland (Storsudret) är ett av de mest utsatta områdena i Sverige när det kommer till torka under somrarna. Trots stora mängder nederbörd har jordbrukare problem med bevattning då öns geologi påverkar lagringen av vatten i form av grundvatten negativt. Vilket beror på att berggrunden består främst av kalk, märgel och märgelsten. Dålig tillgång till vatten kombinerat med långa och varma somrar har medfört att skörden minskat markant under de senaste åren. Bevattningstekniker som används i dagsläget är inte bra på att utnyttja vatten på ett hållbart och effektivt sätt. Dessutom har kostnaderna ökat för många jordbrukare på Gotland med avseende på de ökande elpriserna. Bevattning kräver el och vissa bönder har exempelvis inte tillgång till el vid sina åkrar och måste därmed dra el vilket ökar kostnaderna markant. Behovet av mer resurseffektiva och hållbara bevattningstekniker är stort och något som behöver undersökas mer djupgående.  Syftet med denna studie var att undersöka ifall ett automatiserat bevattningssystem som drivs av solenergi faktiskt är möjligt att implementera. Detta utifrån olika kriterier såsom kostnad, energianvändning, skördemängd, klimatpåverkan och vattenanvändning. Därefter jämföra mot ett mer konventionellt system som används i dagsläget och därmed undersöka vilka skillnader det finns. Det var två system som valdes i studien. System 1 var ett potentiellt automatiserad rampbevattningssystem och system 2 ett konventionellt rampbevattningssystem. Båda systemen sattes in i verklighetsbaserade scenario (en åker i södra Gotland) för att få en mer realistisk överblick. Därefter användes en multikriterieanalys för att jämföra båda systemen mot varandra utifrån valda kriterier. Sist av allt användes en SWOT-analys för att sammanknyta all resultat som togs fram i studien.  Resultatet visade att det är i teorin möjligt att bygga ett helt automatiserat bevattningssystem som drivs av solenergi och att det finns både positiva och negativa delar med systemet jämfört mot en konventionell rambevattning. Det potentiella systemet har exempelvis både en högre kostnad som 1,1 gånger högre, samt en högre energianvändning per hektar, cirka 5 gånger högre jämfört med ett konventionellt system. Dock presterade det potentiella systemet bättre jämfört mot ett konventionellt system med avseende på klimatpåverkan som var 10 gånger lägre jämfört med ett konventionellt system. SWOT sammanställningen visade också att intresset för automatiserade bevattningssystem är låg bland jordbrukare delvis på grund av att systemen inte är anpassade till svenska förhållanden, samt den höga investeringskostnaden. Därav krävs det att fler aktörer blir involveras och kunskapen sprids för att öka etableringen av automatiserade bevattningssystem på södra Gotland (Storsudret) samt resten av Sverige. / The southern part of Gotland (Storsudret) is one of the most exposed areas in Sweden when it comes to drought during the summers. Despite large amounts of rainfall, farmers have problems with irrigation as the island’s geology negatively affects the storage of water in the form of groundwater. Poor access to water combined with long and hot summers has meant that the harvest has decreased significantly in recent years. Irrigation techniques used today are not good at using water sustainably and efficiently. In addition, costs have increased for many farmers in Gotland concerning the increasing electricity prices. Irrigation requires electricity and some farmers, for example, do not have access to electricity in their fields and thus have to get electricity, which increases costs significantly. The need for more resource-efficient and sustainable irrigation techniques is great and something that needs to be investigated in more depth.  The purpose of this study was to investigate whether an automated irrigation system powered by solar energy is realistically possible to implement. This was based on various criteria such as cost, energy requirements, yield, etc., and then compare against a more conventional system that is currently used and thus examines what differences there are. Two systems were chosen in the study. System one was a potentially automated irrigation system and system two was a conventional ramp irrigation system. Both systems were put into a reality-based scenarios (a field in southern Gotland) to get a more realistic overview. Multi-criteria analysis was then used to compare both systems against each other based on selected criterias. Afterward, a SWOT analysis was also carried out to summarize all the results that were produced in the study.  The result showed that it is theoretically possible to build a fully automated irrigation system powered by solar energy and that there are both positive and negative parts to the system com- pared to conventional ramp irrigation. The potential system has, for example, both a higher cost which was 1.1 times higher, and a higher energy requirement per hectare which was 5 times higher compared to a conventional system. However, the potential system performed better compared to a conventional system concerning climate impact which was 10 times lower compared to a conven- tional system. The SWOT summarize also showed that interest in automated irrigation systems was low among farmers partly due to the systems not being adapted to Swedish conditions and the large investment cost. Thus it is necessary that more actors be involved and the knowledge spread to increase the establishment of automated irrigation systems in southern Gotland (Storsudret) and in the rest of Sweden.

This thesis investigates brownification in Lake Bolmen, Sweden, focusing on the precipitation's effect on water colouration in 3 tributaries to the lake. This study uses long-term meteorological data from the Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI) and the water samples collected over more than one year from Lake Bolmen and its three major tributaries Storån, Lillån, and Önnekvarn. Water colour was measured using spectrophotometric techniques. The key findings show a significant positive link between the amount of precipitation per month and water colour, used as a proxy for dissolved organic carbon. The study found that monthly precipitation did not show an immediate effect, but rather that the effect of precipitation on colour was visible with one-month delay. The study finds significant geographical variability in brownification intensity across different streams, indicating that localised effects are also important. The study highlights the crucial role of environmental factors in the organic matter movement and the necessity for specific conservation measures to reduce the negative effects of brownification on water quality. To develop effective Lake Bolmen management techniques, recommendations include continual monitoring and a multidisciplinary approach. This study advances our understanding of the dynamic interplay between freshwater ecosystems hydrology, meteorological, and organic matter processes.

Flooding is of great concern world-wide, causing damage to infrastructure, property and loss of life. Low-income countries, in particular, can be negatively affected by flood events due to their inherent vulnerabilities. Moreover, data to perform studies for flood risk management in low-income regions are often scarce or lacking sufficient quality. This thesis proposes new methodologies and explores the use of unconventional sources of information in flood hazard assessment in areas where the quantity or sufficient quality of traditional hydrometrical data are lacking.  One method was developed to account for errors in spatially averaged rainfall, from a sparse rain-gauge network, used as input to a rainfall-runoff model. A spatially-averaged and event-dependent rainfall depth multiplier led to improvements of the hydrographs at calibration. And by using a distribution of the multiplier, identified from previous events in the catchment, improvement in predictions could also be obtained. A second method explored the possibility of reproducing an unmeasured extreme flood event using a combination of models, post-event data, precipitation and an uncertainty-analysis framework. This combination allowed the identification of likelihood-associated parameter sets from which the flood hazard map for the extreme event could be obtained. A third and fourth study made at the regional scale explored the value of catchment similarities, and the effects of climate on the hydrological response of catchments. Flood frequency curves were estimated for 36 basins, assumed ungauged, using regional information of short flow records, and local information about the frequency of the storm. In the second regional study, hydro-climatic information provided great value to constrain predictions of series of daily flow from a hydrological model. Previously described methods, used in combination with unconventional information within an uncertainty analysis, proven to be useful for flood hazard assessment at basins with data limitations. The explored data included: post-event measurements of an extreme flood event, hydro-climate regional information and local precipitation data. The methods presented in this thesis are expected to support development of hydrological studies underpinning flood-risk reduction in data-poor areas. / Extremt höga vattenflöden ställer till stora problem i hela världen. De skadar infrastruktur och egendom och orsakar död. Framför allt kan låg- och medelinkomstländer vara väldigt sårbara för extrema flöden. I dessa länder saknas dessutom ofta data som behövs för att kunna bedöma översvämningsrisker, eller så finns bara data av dålig kvalitet. Denna avhandling föreslår nya metoder som använder okonventionella informationskällor vid bedömning av översvämningsrisker i områden där traditionella hydrologiska data saknas eller har otillräcklig kvalitet. En metod utvecklades för att ta hänsyn till fel i rumslig medelnederbörd beräknad från ett glest nät av nederbördsmätare att användas som indata i en nederbörds-avrinningsmodell. Användning av en multiplikator för medelvärdesbildad nederbörd, i tid och rum, för enskilda högflödestillfällen ledde till förbättrad modellkalibrering. Genom att använda multiplikatorfördelningar, identifierade från tidigare högflödestillfällen i avrinningsområdet, kunde också prognoser förbättras. En andra metod använde sig av möjligheten att reproducera ett extremt högflöde inom ramen för en osäkerhetsanalys med hjälp av en kombination av modeller, nederbördsdata och data som uppmätts i efterhand. Denna kombination gjorde det möjligt att identifiera parametervärdesuppsättningar med hophörande sannolikheter ur vilka det gick att erhålla en översvämningskarta för det höga flödet. En tredje och fjärde studie i regional skala utforskade värdet av likheter mellan avrinningsområden och hur områdenas hydrologiska gensvar beror av klimatet. Kurvan för kumulativa högflödesfrekvenser (flood frequency curve, FFC) kunde skattas med hjälp av lokal nederbördsinformation och regional information om korta tidsserier av vattenföring från 36 avrinningsområden som antogs sakna vattenföringsdata. I den andra regionala studien visade sig hydroklimatisk information av värde för att avgränsa godtagbara prognoser för daglig vattenföring från en hydrologisk modell. Tidigare beskrivna metoder, använda tillsammans med okonventionell information inom ramen för en osäkerhetsanalys, visade sig vara användbara för att bedöma översvämningsrisker i avrinningsområden med databegränsningar. Bland utforskade data fanns: mätningar i efterhand av ett extremt högflöde, hydroklimatisk regional information och lokala nederbördsmätningar. Metoderna i denna avhandling förväntas kunna stödja utvecklingen av hydrologiska studier av höga flöden och översvämningar i områden med bristande datatillgång. / Las inundaciones ocasionan daños a la infraestructura, propiedad y pérdida de vidas a nivel mundial. Los países en desarrollo son los más vulnerables a inundaciones, la calidad y cantidad de datos hidro-climatológicos disponibles en los mismos dificulta el desarrollo de estudios para la evaluación de riesgo a esta amenaza. Esta tesis propone métodos en la que se hace uso de fuentes de información no-convencionales para la evaluación de riesgo por inundación en regiones con datos escasos o limitados. Un método considera el error asociado a la precipitación promedio sobre cuencas en modelos lluvia-escorrentía como un factor multiplicador del histograma del evento. El uso de la precipitación promedio junto con una distribución probabilística del factor multiplicador como datos de entrada a un modelo de lluvia-escorrentía mejoraron los hidrogramas durante los periodos de calibración y predicción. Un segundo método exploró la posibilidad de reproducir un evento extremo de inundación usando una combinación de modelos hidrológicos e hidráulico, un análisis de incertidumbre, datos hidrométricos recopilados después del evento y datos de precipitación registrados durante-el-evento. Dicha combinación permitió la identificación de los parámetros de los modelos y la elaboración un mapa de amenaza por inundaciones para dicho evento. Adicionalmente, se estimaron curvas de frecuencia de inundaciones para 36 cuencas, asumidas no aforadas, mediante un método de regionalización que usa registros de caudal de corta duración disponibles en la región. Dichas curvas fueron extendidas haciendo uso de información local sobre la frecuencia de las tormentas. Se encontró que la información hidro-climatológica tiene un gran valor para reducir el rango de incertidumbre de las simulaciones de caudal diaria de un modelo hidrológico. Los métodos anteriores se usaron en combinación con información no-convencional dentro de un análisis de incertidumbre y han probado su utilidad para la evaluación de riesgo por inundaciones en cuencas con registros escasos o limitados. Los datos utilizados en esta tesis incluyen datos hidrométricos recopilados pasado el evento, registros hidro-climatológicos regionales y precipitación local. Se espera que los métodos presentados aquí contribuyan al desarrollo de estudios hidrológicos importantes para la reducción del riesgo por inundaciones en regiones con déficit de registros hidro-climatológicos.